DE4033355C2

DE4033355C2 - Verfahren zum elektrolytischen Ätzen von Siliziumcarbid

Info

Publication number: DE4033355C2
Application number: DE4033355A
Authority: DE
Inventors: Rene Stein; Georg Wittmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Sicrystal AG
Priority date: 1990-10-19
Filing date: 1990-10-19
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2010-10-20
Also published as: US5227034A; DE4033355A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrolyti schen Ätzen von Siliciumcarbid SiC, das in Reihe mit einem Elektrolyten und einer metallischen Gegenelektrode in einem Stromkreis mit steuerbarer Gleichspannung angeordnet ist.

SiC ist aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften als Hochtemperatur- und Hochleistungsbauelement geeignet. Auf grund der Schwierigkeiten bei der Herstellung geeigneter Einkristalle stehen wenige Kristallscheiben zur Verfügung und damit sind die für die folgende Prozessierung notwendigen Verfahren noch weitgehend unausgereift.

Auch für eine anschließende Epitaxie ist eine möglichst per fekte Oberfläche des Substrats wichtig. Da nach dem üblichen mechanischen Polieren im allgemeinen eine gestörte Ober fläche, eine sogenannte Damageschicht, bis in den Bereich von mehreren Mikrometern übrig bleibt, wurden für Halbleiter, beispielsweise für Silicium, Germanium sowie Galliumarsenid oder Indiumphosphid, Verfahren zum Polierätzen entwickelt, welche die Damageschicht beseitigen und zu einer ebenen Ober fläche führen. Bei diesem Polierätzen erfolgt eine Dicken verminderung des im allgemeinen scheibenförmigen Materials unter Beibehaltung der ebenen Flächenausbildung, indem zu nächst die Spitzenatome, die eine geringere Bindungsenergie im Kristallverband besitzen, abgetragen werden. Meist werden chemische Ätzen oder chemisch-mechanische Polierverfahren verwendet. Es sind jedoch auch elektrolytische Ätzverfahren bekannt, die meist mit sauren Elektrolyten arbeiten und in seltenen Fällen mit alkalischen. Das Polierätzen der Ober fläche von beispielsweise Germanium erfolgt mit einer Strom dichte bis zu 50 mA/cm² mit Kalilauge als Elektrolyten, des sen Konzentration etwa 0,01% beträgt (Bogenschütz "Ätzpraxis für Halbleiter", Seiten 138 bis 142, Karl Hanser Verlag, München, 1967).

Aus der US 3,078,219 ist ein Verfahren zum Ätzen von kristal linem Siliciumcarbid bekannt, bei dem sowohl saure als auch alkalische Elektrolyte eingesetzt werden. Der Elektrolyt weist dabei eine niedrige Konzentration, nämlich 1 bis 10 Gew.-%, auf. Ferner wird bei dem Verfahren mit einer Stromdichte von etwa 6 bis 625 mA/cm² gearbeitet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Polierätzen eines flachen Halbleiterkörpers aus Silicium carbid SiC anzugeben, mit dem man eine damage-freie, ebene Oberfläche erhält, die zur Weiterverarbeitung zu elektroni schen Bauelementen geeignet ist und auf der insbesondere weitere Epitaxieschichten aufwachsen können. Siliciumcarbid SiC wird bekanntlich von Säuren und Laugen nicht angegriffen. Deshalb kann mit üblichen Ätzmitteln nicht gearbeitet werden.

Ein bekanntes wäßriges Ätzverfahren für Siliciumcarbid SiC bei Zimmertemperatur ist elektrolytisches Ätzen mit Flußsäure als Elektrolyt. Das Ätzen erfolgt bei einer Stromdichte bis zu etwa 0,5 A/cm² und einer Konzentration des Elektrolyten bis zu etwa 2%. Damit erfolgt ein Strukturätzen, bei dem beispielsweise in den Bereichen mit Gitterfehlern an der Oberfläche ein stärkerer Angriff des Ätzmittels erfolgt; in diesen Bereichen erhält man somit Vertiefungen (Mat. Res. Bull., Bd. 4 (1969), Seiten 199 bis 210, Pergamon Inc., USA).

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß mit diesen bekannten Verfahren ein Polierätzen von Siliciumcarbid nicht möglich ist und die Erfindung besteht in dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1. Mit einer alkalischen Lösung, die weniger Protonen als negative Hydroxid-Ionen enthält und deren pH-Wert größer als 7 ist, als Elektrolyten, mit einer Stromdichte von 1 bis 6 A/cm² und mit einer Konzentration des Elektrolyten von mindestens 3 normal erhält man völlig glatte und ebene Flächen ohne irgendeine Strukturierung. Selbst mit hoher Auflösung im Rasterelektronenmikroskop sind Unebenhei ten nicht erkennbar. Weitere besonders vorteilhafte Verfah rensmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer Anord nung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.

Gemäß der Figur ist ein scheibenförmiger Halbleiterkörper 2 aus Siliciumcarbid SiC zusammen mit einer Gegenelektrode 4 in einem Behälter 6 angeordnet, der einen Elektrolyten 8 ent hält. Das Siliciumcarbid 2 und die Gegenelektrode 4 sind in einem Stromkreis mit steuerbarer Gleichspannung angeordnet. Diese Spannungsquelle ist in der Figur mit 10 bezeichnet und kann beispielsweise eine sogenannte Konstantstromquelle sein.

Die Gegenelektrode 4 besteht mindestens teilweise aus elek trisch leitendem Material, vorzugsweise Edelmetall, insbeson dere Platin oder Gold. Diese Elektrode besteht in der dar gestellten Ausführungsform aus einer Windung eines Platin drahtes. Der Elektrolyt 8 besteht aus einer alkalischen Lösung, vorzugsweise mit hoher Konzentration von wenigstens 3 normal. Die Spannungsquelle 10 wird so eingestellt, daß man im Elektrolyten 8 zwischen den Elektro den 2 und 4 eine hohe Stromdichte von 1 bis 6 A/cm² erhält. In Verbindung mit Kalilauge KOH oder Natronlauge NaOH als Elektrolyt wird eine Konzentration von vorzugsweise mindestens 5, insbesondere mindestens 10 normal, verwendet und eine Stromdichte von etwa 2 bis 3 A/cm² eingestellt.

Die Konzentration des Elektrolyten wird vorzugsweise wenig stens in der Nähe der zu polierenden Oberfläche des Silicium carbids 2 konstant gehalten. Zu diesem Zweck ist ein Umlauf des Elektrolyten vorgesehen mit einer Rohrleitung 12, die eine Pumpe 14 und einen Behälter 16 enthält. Die Größe dieses Behälters 16 ist so gewählt, daß der Elektrolyt während des Umlaufes längere Zeit verweilt, so daß Gasblasen, die sich an den Elektroden 2 oder 4 gebildet haben, im Behälter 16 an die nicht näher bezeichnete Oberfläche des Elektrolyten gelangen können. Der Elektrolyt 8 wird somit durch diesen Umlauf von Gasblasen befreit.

Claims

1. Verfahren zum elektrolytischen Ätzen von Siliciumcarbid, das in Reihe mit einem Elektrolyten und einer metallischen Gegenelektrode in einem Stromkreis mit steuerbarer Gleich spannung angeordnet ist, dadurch gekenn zeichnet, daß als Elektrolyt eine mindestens 3 normale alkalische Lösung eingesetzt wird und bei einer Stromdichte von 1 bis 6 A/cm² geätzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als Elektrolyt Kalilauge KOH ein gesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als Elektrolyt Natronlauge NaOH eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Strom dichte 2 bis 3 A/cm² beträgt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Elektrolyten wenigstens in der Nähe der Oberfläche des Siliciumcarbids konstant gehalten wird.